學習情境六 變壓器的應(yīng)用與測試課件

學習情境六變壓器的應(yīng)用與測試知識目標．理解互感、同名端、耦合系數(shù)

概念．理解兩個線圈中電壓與電流之間的關(guān)系，．掌握互感線圈的串、并聯(lián)等效電感的計算。

．掌握理想變壓器的特性,含有理想變壓器電路的分析計算。技能目標．能判別互感線圈同名端,并能計算互感線圈的串、并聯(lián)等效電感.．能說出變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并能對小型電源變壓器進行參數(shù)測試。素質(zhì)目標．養(yǎng)成勤于思考的學習習慣；．培養(yǎng)學生的職業(yè)意識任務(wù)一認識變壓器

任務(wù)二分析測試單相變壓器

情境任務(wù)能力目標知識目標會判斷互感線圈同名端。會寫互感線圈電壓表達式。會計算互感線圈的串、并聯(lián)等效電感.

理解互感、同名端、耦合系數(shù)

概念；理解兩個線圈中電壓與電流之間的關(guān)系；掌握互感線圈同名端判別掌握互感線圈的串、并聯(lián)等效電感的計算。任務(wù)一認識變壓器

問題的提出互感、同名端、耦合系數(shù)是什么？兩個線圈中電壓與電流之間的關(guān)系？互感線圈串、并聯(lián)等效電感如何計算？互感線圈實物圖互感線圈主要有磁性環(huán)（棒）和漆包線知識一互感線圈結(jié)構(gòu)線圈1中通入電流i1時，在線圈1中會產(chǎn)生自感磁通Φ11，而其中一部分磁通Φ21

，它不僅穿過線圈1，同時也穿過線圈2，Φ21互感磁通且Φ21≤Φ11。F11abcdN2(a)F2112i1N11F222abcdF12i2N2N1(b)F21互感磁通

F11自感磁通

知識二互感的概念1.互感現(xiàn)象F21互感磁通

F22自感磁通

同理，Φ12≤Φ22

為什么自感磁通大于互感磁通

?abcdF2112F11i1N1F12F22i2一個線圈中的電流變化，導致在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。產(chǎn)生的感應(yīng)電壓叫互感電壓一個線圈的磁通與另一個線圈相交鏈的現(xiàn)象稱為磁耦合，即互感。根據(jù)電磁感應(yīng)定律線圈1中電流i1的變化,在線圈2中產(chǎn)生的互感電壓作同理線圈2中電流i2的變化在線圈1中產(chǎn)生的互感電壓記作2.互感電壓F11abcdN2(a)F2112i1N11F222abcdF12i2N2N1(b)M12,M21是?abcdabd(a)F211212F11i1N1F12F22i2N2N1(b)M是線圈固有參數(shù),它取決兩線圈的匝數(shù)、幾何尺寸相對位置和磁質(zhì)，注意通常M為線圈1和線圈2之間互感系數(shù),單位為亨(H),XM＝

M稱為互感抗，單位歐姆（

）

互感電壓可用相量表示abcdabd(a)F211212F11i1N1F12F22i2N2N1(b)3.耦合系數(shù)衡量兩個線圈的耦合程度常用耦合系數(shù)k來表示，定義為:0≤K≤1，K值越大，說明兩個線圈之間耦合越緊，當K=1時，稱全耦合，當K=0時，說明兩線圈沒有耦合。abcdF2112F11i1N1F12F22i2因為所以0≤K≤1M=M12=M21

互感耦合的電路模型**MabcdabcdF2112F11i1N1F12F22i2圖中為什么加*號(1)定義兩個電流分別通過兩個有互感的線圈Ⅰ和Ⅱ，若它們在這兩個線圈中產(chǎn)生方向相同的磁通，那么這兩個電流的流入端(或流出端)稱為同名端，a、c和b、d分別為同名端a、d或b、c分別為異名端F1abcd12i1N1i2F24.同名端**同一組的同名端用一個標記為“.”或“*”標出。極性不同的端稱異名端。

1i111'22'例分析··i2

2判斷下列線圈的同名端。假設(shè)電流同時由1和2'流入，兩電流的磁場相互增強，因此可以判斷：1和2'是一對同名端；同理，2和1'也是一對同名端。**想想練練·*·例判斷下列線圈的同名端。分析線圈的同名端必須兩兩確定2'3'1'1231和2'同時流入電流產(chǎn)生的磁場方向一致是一對同名端；2和3'同時流入電流產(chǎn)生的磁場方向一致也是一對同名端；*Δ3和1‘同時流入電流產(chǎn)生的磁場方向一致，同樣也是一對同名端。Δ問題與討論同名端能否用實驗方法判別嗎?開關(guān)閉合瞬時直流電壓表指針正偏，則電壓表“+”極所接線圈2的端鈕c與a為同名端。反之，電壓表指針反偏則電壓表“－”極所接線圈2的端鈕d與a為同名端。U+-bacdi1V+-為什么直流電壓表指針正偏？(2)、同名端實測判別U+-bacdi1V+-同名端有什么用途?當電流從一線圈的一端流入增大，將會引起另一線圈相應(yīng)同名端的電位升高。abcd（3）.同名端的應(yīng)用利用同名端分析耦合線圈的總電壓F21F11i1F12F22i2**N2N1自感電壓u11u22u21u12u2u1總電壓=自感電壓+互感電壓同名端在不同位置總電壓又怎樣?互感電壓的極性與產(chǎn)生它的變化電流的參考方向?qū)ν耸且恢碌幕ジ须妷?u1_+u2_+u1_+u2_L1L2L1L2i1M(a)ABCDMABCDi1i2i2(b)+u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++U21__u12+

耦合線圈的總電壓圖(a)圖(b)+u1_+u2_+u1__u2++u11_+u22_+u11_+u22_自感電壓前的正、負號取決于本端口電壓與自感電壓的參考方向（自感電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向）是否一致，兩者一致時取正，不一致時取負u2=+u22u2=-u22L1L2L1L2i1M(a)ABCDMABCDi1i2i2(b)i1M(a)ABCDM(b)ABCDi1i2i2L1L2L1L2+u1_+u2_+u1_+u2-+u12__u21++u21__u12+互感電壓前的正、負號取決于同名端的位置和端口電壓的參考極性，若變化電流是從同名端流入的，則它產(chǎn)生的互感電壓的“＋”極性選定在另一線圈的同名端，互感電壓極性與其端口電壓的參考極性一致時前為正,否則取負號。+u1_+u2_+u1_+u2_L1L2L1L2i1M(a)ABCDMABCDi1i2i2(b)+u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++u21__u12+耦合線圈總電壓相量形式i1M(a)ABCDM(b)ABCDi1i2i2L1L2L1L2+u1_+u2_+u1_-u2++u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++u21__u12+圖(a)圖(b)

寫出u1和u2的表達式。

解對于圖(a),有i1M(a)ABCDM(b)ABCDi1i2i2L1L2L1L2+u1_+u2_+u1_+u2_+u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++u21__u12+對于圖(b),有想想練練4.互感的應(yīng)用和危害互感在電工電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、高壓感應(yīng)圈、電視機行輸出變壓器、電壓、電流互感器等。調(diào)壓器整流器變壓器電視機行輸出變壓器互感的主要危害：由于互感的存在，電子電路中許多電感性器件之間存在著不希望有的互感場干擾，這種干擾影響電路中信號的傳輸質(zhì)量。(1)異名端相聯(lián)，稱為順接串聯(lián)(順串)**+-L1L2M+-+-LS為順向串聯(lián)的等效電感:LS=L1+L2+2M知識三耦合電感的去耦等效變換1.互感線圈的串聯(lián)為什么要去耦?L1L2M+-+-+-**LF為反向串聯(lián)的等效電感:LF=L1+L2-2M（2）同名端串相聯(lián)(反串)L順,與L反區(qū)別?*順接測一次，反接測一次，就可以測出互感：互感的測量方法：*M**M*(a)L1L2L1L2(b)互感線圈的并聯(lián)也有兩種接法，2.互感線圈的并聯(lián)兩個線圈的同名端相連，稱為同向并聯(lián)兩個線圈的異名端相連，稱為異向并聯(lián)，圖所示電壓、電流的參考方向下,電路方程:正號對應(yīng)于同向并聯(lián)。(a)負號對應(yīng)于異向并聯(lián),(b)*M**M*(a)L1L2L1L2(b)L為兩個線圈并聯(lián)后的等效電感,正號對應(yīng)于同向并聯(lián)。

負號對應(yīng)于異向并聯(lián),求解方程可得并聯(lián)電路的等效復阻抗Z為分母中,負號對應(yīng)于同向并聯(lián),正號對應(yīng)于異向并聯(lián)。注意*M**M*(a)L1L2L1L2(b)公式整理*M**M*(a)L1L2L1L2(b)消去互感后的等效電路＋－(a)M＋－－ML1-ML2-ML1+ML2+M(b)3.互感線圈單側(cè)連接同名端為共端單則連接L1L2M*a*bcdL1-MMabcdL2-M異名端為共端單則連接*L1L2M*abcdL1+M-MabcdL2+M小結(jié)兩個線圈中電壓與電流之間的關(guān)系（難點）互感線圈的串、并聯(lián)等效電感計算（重點）互感、同名端、耦合系數(shù)

概念互感線圈同名端判別（重點）能力目標知識目標能說出變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，能正確選擇和使用變壓器。能對小型電源變壓器進行參數(shù)測試。了解變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握理想變壓器的特性,掌握含有理想變壓器電路的分析計算。任務(wù)二分析測試單相變壓器

問題的提出變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣？空心變壓器、鐵心變壓器、理想變壓器有什么區(qū)別？理想變壓器的特性是什么？含有理想變壓器電路如何分析計算？。知識一空芯變壓器u1F＋－＋－u2i1i2N1N2非鐵磁材料鐵芯耦合系數(shù)M較小常用的實際變壓器有兩類：空芯變壓器、鐵芯變壓器?？招咀儔浩鱱1F＋－＋－u2i1i2N1N2變壓器工作原理示意圖初級線圈次級線圈變壓器就是耦合電感，初級線圈接電源，次級線圈接負載，能量可以通過磁場的耦合，由電源傳遞給負載。

uS為信號源電壓，u20為次級回路的開路電壓。R為損耗電阻，

ZL負載ZLL1L2i1uSM*i21*u201'22'R2R1空芯變壓器的電路模型初級回路次級回路L1L2i1uSM*i21*u201'22'R2R1左圖所示為空芯變壓器的電路模型。其中左端稱為空芯變壓器的初級回路，右端為空芯變壓器的次級回路。圖中uS為信號源電壓，u20為次級回路的開路電壓。R為損耗電阻分析由圖可列出空芯變壓器的電壓方程式為：若次級回路接上負載ZL，則回路方程為：ZL聯(lián)立方程式可得：令式中為次級對初級的反射阻抗。反射阻抗

Z1r反映了空芯變壓器次級回路通過互感對初級回路產(chǎn)生的影響。另外應(yīng)注意：反射阻抗Z1r的性質(zhì)總是與次級回路阻抗Z22的性質(zhì)相反。引入反射阻抗的概念之后，次級回路對初級回路的影響就可以用反射阻抗來計算。這樣，我們就可以得到如下圖所示的由電源端看進去的空芯變壓器的等效電路。當我們只需要求解初級電流時，可利用這一等效電路迅速求得結(jié)果。jXL11＋1'R1I1US－Z22ω2M2反射阻抗的算法不難記憶：用ω2M2除以次級回路的總阻抗Z22即可。注意：反射阻抗的概念不能用于次級回路含有獨立源的空芯變壓器電路！例

已知US=20V,原邊等效電路的引入阻抗Z1r=10–j10

。求:

ZL并求負載獲得的有功功率。實際是最佳匹配：**j10

j10

j2+–10

ZL+–10+j10

Z1r=10–j10

解有功功率：1.鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)骨架截鋼片漆包線常用的變壓器主要有：骨架、截鋼片（磁性）、漆包線知識三理想變壓器無損耗線圈導線無電阻，做芯子的鐵磁材料的磁導率μ無限大。全耦合參數(shù)無限大理想變壓器是實際變壓器的理想化模型2.理想變壓器的條件理想變壓器的三個理想化條件3.理想變壓器的電路模型圖b理想變壓器模型u1＋－＋－u2i1i2N1N2u1F＋－＋－u2i1i2N1N2圖a鐵芯變壓器(1)變壓作用N1、N2分別為初、次級線圈匝數(shù)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,有:u1F＋－＋－u2i1i2N1N24.理想變壓器的主要性能n稱為變比是一個常數(shù)N1>N2(u1>u2)為降壓變壓器,N1<N2(u1<u2)為升壓變壓器。注意(2).變流作用u1＋－＋－u2i1i2n:1為什么要去耦?由安培環(huán)路定律

由于μ為無窮大，磁通φ為有限值，因此

i1N1+i2N2=0

即在進行變壓、變流關(guān)系計算時,要根據(jù)理想變壓器符號中的同名端來確定變壓、變流關(guān)系式中的正、負號。原則是:（1）兩端口電壓的極性對同名端一致的,則關(guān)系式中冠正號,否則冠負號；（2）兩端口電流的方向?qū)ν讼喾吹?則關(guān)系式中冠正號,否則冠負號。u1＋－＋－u2i1i2n:1u1＋－＋－u2i1i2n:1若在次級接一負載ZL,那么負載電壓,這時從初級看進去的輸入阻抗Zi為(3).阻抗變換作用實際應(yīng)用中，變壓器阻抗變換,用在實現(xiàn)負載與電源的阻抗匹配，使負載上獲得最大功率。+-+-+-(a)(b)Zi初級等效電路下圖中，若n=